工藝熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算

1、第8章工藝熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算是水泥廠工藝設(shè)計(jì)必不可少的組成部分，涉及了水泥生產(chǎn)的各個(gè)工段。本章主要內(nèi)容包括：工況下的熱風(fēng)管道管徑計(jì)算，管道阻力計(jì)算，管網(wǎng)阻力計(jì)算，管道重量計(jì)算，膨脹節(jié)選型計(jì)算，管道支座受力計(jì)算，收塵設(shè)備的保溫計(jì)算以及不同工況下管道風(fēng)速，管道壁厚的選取等內(nèi)容。8.1熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算811熱風(fēng)管道管徑計(jì)算1. 一般地區(qū)對(duì)于海拔高度v500m的一般地區(qū)，其計(jì)算公式可采用如下公式：D=Q(8-1)2826-v式中：D管道直徑，m；Qt般地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h；v一管道風(fēng)速，m/s。2. 高海拔地區(qū)對(duì)于海拔高度500m的地區(qū)，由于高海拔下的大氣壓力、溫度和氣體密度都會(huì)降低，

2、系統(tǒng)風(fēng)量也會(huì)有所變化。為了保證系統(tǒng)氣體質(zhì)量、流量與海平面相同，保持主機(jī)設(shè)備能力不降低，需要對(duì)高海拔地區(qū)工況風(fēng)量進(jìn)行修正。D二18.8QLg(8-2)v式中：D管道直徑，m；QLg高海拔地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h，QLg=AQt，參考第7章風(fēng)機(jī)內(nèi)容；v一管道風(fēng)速，m/s。8.1.2管道不同狀態(tài)下的風(fēng)速熱風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速因輸送介質(zhì)的不同而異。當(dāng)風(fēng)速25m/s時(shí)，阻力大，不經(jīng)濟(jì)；風(fēng)速5m/s時(shí)，灰塵易沉降堵塞管道。通常按表8-1選取。序號(hào)使用用途及管道狀況風(fēng)速(m/s)1水平管道20222傾斜管道，灰塵不易沉降183垂直管道，灰塵垂直下落154預(yù)熱器三次風(fēng)管19225預(yù)熱器與管道連接管道16206煤粉輸送有

3、脈沖波動(dòng)25307煤粉制備系統(tǒng)管道18208煙囪出口滿足環(huán)保要求1016表8-1風(fēng)管風(fēng)速&13熱風(fēng)管道標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸31為使熱風(fēng)管徑符合國際標(biāo)準(zhǔn)及閥門、膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)管直徑及法蘭尺寸風(fēng)管直徑(mm)螺栓孔所在圓直徑(mm)法蘭扁鋼聯(lián)接螺孔風(fēng)管直徑(mm)螺栓孔所在圓直徑(mm)法蘭扁鋼連接螺孔寬(mm)厚(mm)數(shù)量(個(gè))直徑(mm)寬(mm)厚(mm)數(shù)量(個(gè))直徑(mm)DKe5ndDKe5nd100145406414.51800187065104424200245406814.519001970651044242503055081218.52000207065104824

4、3153705081218.521202190651048243554105081218.522402310651248244004555081618.523602430651248244505055081618.525002570651252245005555082018.5265027206512562456061550102018.5280028706512602463068550102018.5300030706512602471076550102418.531503220651264248008706510242433503420651268249009706510242435503

5、620651272241000107065102824375038206512762411201190651028244000407065128024125013206510322442504320651284241320139065103224450045706512922414001470651036244750482065129624150015706510362450005070651210024160016706510402453005370651210824170017706510402456005670651211224建議按表8-2取值。表8-2風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸814管道

6、直徑與壁厚關(guān)系(1)風(fēng)管的壁厚管壁應(yīng)有合理的厚度，太薄則剛性差，受負(fù)壓吸力易變形，太厚則浪費(fèi)鋼材不經(jīng)濟(jì)。風(fēng)管壁厚按表8-3取值。表8-3風(fēng)管壁厚度管徑D(mm)1006307101000112017001800265028005600管壁厚5(mm)34568(2)當(dāng)含有熟料及磨損性強(qiáng)的礦物粉塵，且流速15m/s時(shí)，風(fēng)管壁厚應(yīng)適當(dāng)加大。(3) 為防止大型風(fēng)管的剛度變形，在其長度方向每隔2.5m增加一道加固圈,加固圈可用寬5080mm，厚度為58mm的扁鋼制作。(4) 風(fēng)管的法蘭規(guī)格、螺栓孔徑、數(shù)量等均應(yīng)按表中給定尺寸確定。8.1.5管道阻力計(jì)算1.阻力計(jì)算公式風(fēng)管系統(tǒng)阻力應(yīng)為管道的摩擦阻力與局

7、部阻力之和：p=(VL+工g)巴XK(8-3)D2o式中：九一氣體與管道間的摩擦阻力系數(shù)，清潔空氣入值一般為0.020.04，對(duì)含塵氣體管道，當(dāng)含塵濃度50g/m3時(shí)，需校正：表8-4校正系數(shù)含塵濃度(g/m3)<50>50100150校正系數(shù)1.01.011.021.03L風(fēng)管長度，m；g管件及變徑點(diǎn)阻力系數(shù)，見附錄12；v一風(fēng)管中氣體流速，m/s；p空氣密度,kg/m3，20°C時(shí)P=1.29；K°阻力附加系數(shù)，K°=1.151.20；Dn風(fēng)管直徑，m；非圓管道一般折算成等速當(dāng)量直徑de后，按圓形管道方式計(jì)算：丫2abde二(8-4)a+b式中：d

8、e一等速當(dāng)量直徑，m；a，b矩形風(fēng)管的邊長，m。2摩擦阻力系數(shù)九計(jì)算管道內(nèi)摩擦阻力系數(shù)九值與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、雷諾數(shù)Re及管壁粗糙度k等因素有關(guān)，對(duì)于鋼板焊接的管道其摩擦系數(shù)九計(jì)算如下：142(1)九=q(8-5)lg(1.274xQxk)2U式中：入一摩擦阻力系數(shù)，見表8-6，8-7；Q管內(nèi)氣體流量，m3/h；u一管內(nèi)氣體流速，m/s；k一管壁粗糙度，mm，般取K=0.1mm。k值詳見表8-5。表8-5k值管道類別絕對(duì)粗糙度k(mm)新無縫或鍍鋅鋼管0.010.05輕度腐蝕的無縫鋼管0.20.3重度腐蝕的無縫鋼管0.60.7(2)九二1(8-6)(21g.+1.74)2K式中：de當(dāng)量直徑，m；

9、k管壁粗糙度，m。表8-6摩擦阻力系數(shù)入值管壁粗糙度當(dāng)量直徑de(m)摩擦阻力系數(shù)X值管壁粗糙度當(dāng)量直徑de(m)摩擦阻力系數(shù)X值k=0.00020.10.023k0.00040.60.0180.20.0200.7-0.80.0170.30.0180.9-1.00.0160.40.0171.50.0150.50.0162.00.014k=0.00040.10.0282.5-3.00.0130.20.0233.5-4.00.0120.30.0214.50.01170.40.0205.00.01150.50.019表8-7管道有內(nèi)襯的入值當(dāng)量直徑de(mm)焊接的鋼煙氣管焊接的鋼煤粉管<20

10、00.0250.0282004000.0210.0234008000.0180.020>8000.0150.0173.局部阻力系數(shù)g值該系數(shù)指動(dòng)壓頭單位的局部損失數(shù)，是由于氣流經(jīng)各種管件(三通、彎頭、變異管、閥門等)流向變換、沖擊或流速變化而引起的壓力損失。清潔氣體局部系數(shù)按附錄12選取，但帶粉塵的局部阻力系數(shù)應(yīng)加以修正，修正公式如8-7。EE(1+KX卩)(8-7)F0J''式中：g0清潔氣體局部阻力系數(shù)，見附錄12；和一帶粉塵的氣體局部阻力系數(shù)；k根據(jù)測試確定系數(shù)，取0.81.0；卩一氣體混合物濃度，kg/kg。4.阻力平衡計(jì)算水泥廠除塵管道設(shè)計(jì)時(shí)，個(gè)別車間有多個(gè)收塵

11、點(diǎn)(如包裝車間)，形成多個(gè)支管路，而這些支管與總干管交匯處壓力必須達(dá)到平衡，以保證各點(diǎn)收塵效果。平衡阻力一般有兩種方法：一種是在管道設(shè)計(jì)時(shí)通過改變管徑、彎頭曲率半圖8-1管道結(jié)構(gòu)徑或改變風(fēng)量達(dá)到阻力平衡；另一種是投產(chǎn)前在現(xiàn)場進(jìn)行逐點(diǎn)測試，以每支管閥門開度大小來求阻力平衡。此法比較繁瑣，難以達(dá)到平衡，最好事先在設(shè)計(jì)中使阻力達(dá)到平衡，計(jì)算方法如下：當(dāng)支管與總管交匯處壓力差20%時(shí)，改變阻力大的管徑，降低流速，以達(dá)到阻力平衡。例：總管長度L=5.2m，如圖8-1示，風(fēng)量Q=1045m3/h，風(fēng)速V=15m/s，局部阻力系數(shù)g1=0.5，支管長度L2=4.5m,風(fēng)量Q2=850m3/h，風(fēng)速v2=18

12、m/s,局部阻力系數(shù)2=0.55計(jì)算：由Q、V查附錄12知：當(dāng)量阻力系數(shù)X/d1=0.11，動(dòng)壓頭Mp/2=135Pa,管徑d=160mmo總管阻力：A/九J2PAp=(丁xL+丫g)1d1121=(0.11x5.2+0.5)x135=144.7Pa支管阻力：由Q2、v2查附錄12知:當(dāng)量阻力系數(shù)九2/d2=0.14,動(dòng)壓頭v2p/2=194.4Pa,管徑d2=130mm。AP=(仝xL+Sg)V2P=(0.14x4.5+0.55)x194.4=229.4Pa2d2222支管阻力：阻力差：(229.4144.7)/229.4=36%>20%對(duì)支管管徑d2進(jìn)行調(diào)整d=d()0.225=13

13、0x(229.4)0.225=130x1.11=144.3mm2'2ap丿144.71取值為145mm重新查附錄12計(jì)算：d2'=145mm,Q2=850m3/h,u2數(shù)為14.5m/s,X2/d2=0.14,u2p/2=126.15Pa。AP=(0.12x4.5+0.55)x126.15=137.5Pa2阻力差：144.7-137.5=4.9%<5%(達(dá)到平衡)144.7當(dāng)靜壓差<20%時(shí)，管徑不變，將阻力小的支管風(fēng)量適當(dāng)增加，加以修正,達(dá)到阻力平衡。Q:阻力大的支管壓力Q_Q阻力小的支管壓力兩支管靜壓差5%,可以認(rèn)為達(dá)到阻力平衡。阻力平衡計(jì)算是比較繁瑣的工作，應(yīng)

14、該耐心，反復(fù)計(jì)算，并進(jìn)行調(diào)整。8.2管道重量計(jì)算8.2.1形風(fēng)管圖8-2外形圖G=1.2x7.85x兀xDxLx81式中：G風(fēng)管重量，kg；D一管徑，m；L一風(fēng)管長度，m；8一風(fēng)管壁厚，mm；1.2系數(shù)（考慮法蘭加固圈等重量）;7.85厚1mm面積1m2鋼板重量。822保溫材料根據(jù)保溫材料種類，密度及保溫層厚度，計(jì)算保溫層重量。G=yxV=yx0.785(D2D2)xL(8-9)212式中：G?保溫層重量，kg；Y保溫材料密度，kg/m3；V保溫材料體積，m3；D保溫后管徑，m；D2保溫前管徑，m；L風(fēng)管實(shí)際長度，m。823風(fēng)管內(nèi)積灰風(fēng)管內(nèi)積灰重量，可按風(fēng)管布置形狀及傾斜度來考慮，按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算時(shí)

15、按下列情況確定：一般，水平管道，按其管道容積1/3計(jì)；傾斜管道45°，按其管道容積1/4計(jì)；傾斜管道4570°，按其管道容積1/10計(jì)；傾斜管道70°，積灰可以不予考慮。8.2.4事故荷載系數(shù)生產(chǎn)中為安全起見，應(yīng)增加安全系數(shù)。一般，安全系數(shù)取1.21.3。8.3膨脹節(jié)選型計(jì)算831膨脹節(jié)的作用熱風(fēng)管道在正常生產(chǎn)時(shí)，受管內(nèi)熱風(fēng)的影響而產(chǎn)生膨脹，而與其相連接的設(shè)備、風(fēng)管支座，一般都固定在常溫狀態(tài)下的土建基礎(chǔ)上，當(dāng)受高溫影響時(shí)，風(fēng)管熱膨脹產(chǎn)生的巨大應(yīng)力傳遞到設(shè)備和支座上，輕則導(dǎo)致設(shè)備動(dòng)作不靈，支座變形，重責(zé)損壞設(shè)備和土建基礎(chǔ)。為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，在熱風(fēng)管道的適當(dāng)位置通

16、常都安裝有膨脹節(jié)，以吸收熱膨脹量。1. 金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途金屬膨脹節(jié)種類較多，水泥廠常用的是u型波紋管膨脹節(jié)。該膨脹節(jié)由厚度0.81.0mm的不銹鋼板(1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni19Ti)壓制而成，一般為U形斷面，波紋管兩端與短管焊接，內(nèi)外筒間隙吸收軸向膨脹時(shí)的自由運(yùn)動(dòng)，波紋內(nèi)填充耐高溫的保溫層，以防波紋管磨損及熱量散失。不同的金屬膨脹節(jié)有高低溫之分，適用不同的壓力范圍。U型波紋管膨脹節(jié)耐高溫、高壓、使用壽命長，但價(jià)格高，單個(gè)使用只能吸收軸向膨脹量，若需要吸收徑向膨脹量，只能用兩個(gè)膨脹節(jié)加中間節(jié)來吸收，但增加了費(fèi)用。此種膨脹節(jié)多用于窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)、三次風(fēng)管以及生料粉磨管道系統(tǒng)等位置

17、。2非金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途此種膨脹節(jié)是由合成纖維或是玻纖布外層涂以橡膠制成的，可以吸收軸向和徑向移位量，具有吸收、隔絕震動(dòng)傳遞、無力傳遞等特點(diǎn)，因此常用在鍋爐、風(fēng)機(jī)進(jìn)出口、磨機(jī)出氣罩等處，可耐溫度為200500°C。用以補(bǔ)償煙氣因溫度變化引起的移位，以及機(jī)械振動(dòng)、基礎(chǔ)下沉等不同情況引起的移位。為簡化設(shè)計(jì)，節(jié)省投資，目前大量選用非金屬膨脹節(jié)。3.膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)（1）金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)表8-8金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)低溫軸向型TG系列高溫軸向型SY系列通徑DN(mm)40030004003000溫度t(C)<400<400(C)<600(L)<8

18、00(B)壓力（MPa）<0.1<0.1補(bǔ)償量（mm）以管徑及波數(shù)而定工作介質(zhì)熱風(fēng)、煙氣熱風(fēng)、煙氣例：低溫型：TG-2000-4（代號(hào)一通徑一波數(shù)）高溫型：SYB-2000-4（代號(hào)800C通徑一波數(shù)）（2）非金屬膨脹節(jié)參數(shù)此種膨脹節(jié)只適用于熱膨脹引起的軸向、徑向位移，其位移指受壓縮時(shí)的位移，不能承受拉伸位移。表8-9非金屬膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)系列號(hào)圓型SFYYSFYESFYS溫度代號(hào)C<100(Y)<200(E)<300(S)工作壓力kPa<10例：SFYY-2020-550（圓形100C接管外徑一軸向長度）8.3.2膨脹節(jié)選型計(jì)算1.膨脹量計(jì)算AL=a-L-A

19、t（8_10）式中：AL一管道熱膨脹量，mm；L兩個(gè)相鄰固定支座間風(fēng)管長度，mm；At管道內(nèi)介質(zhì)與外界溫度差，C；a一管材線膨脹系數(shù)，mm/mmC，常用管材Q235一A的線膨脹系數(shù)a值見表8-10。表8-10管材線膨脹系數(shù)a溫度（°C）a(mm/mmC)溫度（C）a(mm/mmC)溫度（C）a(mm/mmC)10012.20X10-627013.32X10-635013.67X10-615012.60X10-628013.36X10-640013.90X10-620013.00X10-629013.45X10-650022013.09X10-630013.45X10-660014.3

20、0X10-623013.14X10-631013.49X10-670015.00X10-624013.18X10-632013.54X10-625013.23X10-633013.58X10-626013.27X10-634013.63X10-62.膨脹節(jié)自振頻率計(jì)算膨脹節(jié)只適合在高頻低振幅的振動(dòng)場合使用，不適用于低頻高振幅的場合。當(dāng)波紋膨脹節(jié)在高頻低振幅系統(tǒng)中使用時(shí)，應(yīng)注意膨脹節(jié)的自振頻率不能與系統(tǒng)的振動(dòng)頻率一致，以免產(chǎn)生共振，其自振頻率計(jì)算如下：（1）軸向振動(dòng)：(8-11)式中：f一自振頻率，Hz；G一膨脹節(jié)重量，kg；Kn一整個(gè)波紋管軸向剛度，N/mm；C自振頻率系數(shù)，取值如表8-11。

21、表8-11各階數(shù)值C:皮階數(shù)C數(shù)7C1C2C3C4C5114.23215.3128.5037.19315.7030.2742.6652.3558.28415.7030.7544.9656.9966.97515.7931.0745.7259.2471.16（2）徑向振動(dòng)(8-12)f_C(D)irK_f_C(T)疋n式中：D波紋管平均直徑，D_d+h，mm；mmd一波紋管直筒直徑，mm；h一波紋管高度，mm；Ln一波紋管長度，L_Nq，mm；nnN波數(shù)，個(gè);q一波距，mm；Kn一整個(gè)波紋管的軸向剛度，N/mm；C自振頻率系數(shù)，各階系數(shù)如表8-12。表8-12各階系數(shù)C階數(shù)C1C2C3C4C5系數(shù)

22、39.93109.80214.12355.79531.27(3) 膨脹節(jié)推力計(jì)算F二PxA(8-13)N式中：F壓力推力，N；PN管道最大壓力，N/mm2；A波紋管膨脹節(jié)有效面積，mm2。(4) 膨脹節(jié)預(yù)拉伸計(jì)算當(dāng)安裝地區(qū)的環(huán)境溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的安裝溫度相差較大時(shí)，應(yīng)滿足預(yù)壓縮與拉伸的要求，計(jì)算公式如下：1 t-1AX二x(-a)(8-14)2 t-tGD式中：AX一預(yù)拉伸量，mm；x一最大軸向膨脹量，mm；t安裝時(shí)環(huán)境溫度，°C；tG管道氣體最高溫度，C；tD管道氣體最低溫度，C。對(duì)于拉伸的膨脹節(jié)，應(yīng)該在拉伸變形后其拉桿安裝后再拆除。8.3.3膨脹節(jié)安裝位置及注意事項(xiàng)1. 安裝位置為防

23、止熱風(fēng)管道膨脹和設(shè)備振動(dòng)，及減少設(shè)備噪音，一般應(yīng)在下列各處設(shè)置膨脹節(jié)(金屬，非金屬)：(1) 在兩個(gè)固定支架間安裝膨脹節(jié)，以抵消土建基礎(chǔ)下沉對(duì)設(shè)備的損壞；(2) 在振動(dòng)設(shè)備的進(jìn)出口安裝膨脹節(jié)，如立磨、球磨機(jī)出口、振動(dòng)篩等；(3) 減少設(shè)備的傳遞載荷，如電收塵器進(jìn)出口；(4) 減少噪音(高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口連接處)。2. 安裝注意事項(xiàng)(1) 膨脹節(jié)有方向性，不可裝反，否則粉塵隨氣流進(jìn)入內(nèi)外筒間隙，灰塵積滿無法伸縮，造成失效；(2) 在傾斜及垂直管道上安裝膨脹節(jié)，為防止粉塵從內(nèi)、外筒的間隙進(jìn)入保溫層內(nèi)，導(dǎo)致膨脹節(jié)損壞，應(yīng)在間隙處裝設(shè)不銹鋼的彈簧片；（3）不允許利用膨脹節(jié)的變形來強(qiáng)行調(diào)整管道的安裝誤差（壓

24、縮、拉伸、偏移、偏轉(zhuǎn)），否則，會(huì)引起膨脹節(jié)的損壞。8.4管道支座及支架管道的固定位置借助固定點(diǎn)將復(fù)雜的管系劃分為簡單的管段，以使支座基礎(chǔ)沉降時(shí)，各支座的載荷變化不大，避免設(shè)備損壞，故熱風(fēng)管道應(yīng)合理地分段加以支撐。固定支座膨脹節(jié)7卞膨脹節(jié)圖（a）傾斜的接觸面支架1支架尸座固定支座-支架1-固定支座七k鉸支座滑動(dòng)支座亠亠一支架2支架31rJGR3(x)G膨脹節(jié)中部無膨脹節(jié)固定支座分析單元1R2(y1)R3(y)R2(y1)分析單元2）R1(x)；R1(y)圖8-58.4.1管道支座形式餃桿支架圖8-6（1）固定支座：支座與管道焊接后不能動(dòng)移。（2）滑動(dòng)支座：支座與管道結(jié)合面不焊死，可以自由活動(dòng)。（

25、3）導(dǎo)向支座：支座與管道不焊接，但只允許向一定方向移動(dòng)。8.4.2支座設(shè)置位置（1）熱風(fēng)管道上膨脹節(jié)附近，一端應(yīng)加設(shè)固定支座，另一端應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座，如圖8-3。（2）管道上設(shè)有兩個(gè)異徑膨脹節(jié)時(shí)，在兩個(gè)膨脹節(jié)之間應(yīng)加設(shè)固定支座。（3）管道較復(fù)雜時(shí)，只允許設(shè)置一個(gè)固定支座，其余均應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座。（4）大型熱風(fēng)管道彎頭處應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座或?qū)蛑ё?）為便于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)支座，傾斜管道傾斜角度宜為30°，35°，45°，55°。（6）固定支座與管道結(jié)合面，應(yīng)注明“焊接”，滑動(dòng)支座活動(dòng)面應(yīng)注明“不焊”。（7）各種閥門不宜設(shè)在兩個(gè)支座之間，應(yīng)設(shè)在管道端部或管道懸臂端膨脹節(jié)

26、附近。8.4.3管道支架形式支架主要與支座配合，支撐于土建基礎(chǔ)上，工藝提供載荷，土建專業(yè)據(jù)此進(jìn)行支架及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。（1）普通鋼支架過去多采用槽鋼或角鋼焊制而成，如圖8-3,8-5,近年來多用圓形鋼管焊接，受力好，重量輕。（2）鉸桿支架如圖8-4,8-6所示，近年來不少水泥廠采用了此種支架，主要是因?yàn)槭芰η逦?，?jì)算簡單，節(jié)省了設(shè)置膨脹節(jié)所需費(fèi)用。（3）支架的位置當(dāng)管道較長時(shí)，設(shè)有多個(gè)不同支架，固定支座設(shè)在膨脹節(jié)一端，其余皆為導(dǎo)向支架，設(shè)置位置為：圖8-7U,f-hn導(dǎo)向支架(77飛/JD1管道支座位置L=4D1=14DLmax膨脹節(jié)12L=4D,L2=14D,L以公式計(jì)算，如圖8-71zmaxL1

27、=4D（管徑）,L2=14D（管徑）,Lmax按下列公式計(jì)算。ETL=1.57（8-15）maxPA土K£式中：E一管道材料的彈性模量，N/mm2；I管道材料斷面慣性矩，mm4；P管道的工作壓力，MPa；A一膨脹節(jié)的有效面積，cm2；KZ=NKnN膨脹節(jié)波紋管波數(shù)；Kn一膨脹節(jié)的總剛度，N/mm；e一膨脹節(jié)的單波伸縮量，mm；土號(hào)一膨脹受壓時(shí)取“+”，受拉時(shí)取“-”。8.4.4管道支座受力計(jì)算1.計(jì)算步驟(1) 首先確定固定支座、活動(dòng)支座位置，將水平長度、垂直高度、傾斜角度注在圖上；(2) 計(jì)算管道全長總重量及荷重(自重、保溫層重、灰重、事故重)；(3) 求風(fēng)管重心點(diǎn)位置；(4) 求

28、活動(dòng)支座反力及三個(gè)軸向分力(X、Y、Z軸)；(5) 求管道摩擦力及三個(gè)軸向分力；(6) 求管道合力并乘以1.2的安全系數(shù)后，再求三個(gè)軸向分力；(7) 最后求出管道彎矩，并注在工藝布置圖上。32. 同一平面內(nèi)單一風(fēng)管支座計(jì)算熱風(fēng)管道布置如圖8-8所示管道直徑©2000mm，壁厚6=6mm,A為固定支座，B為活動(dòng)支座，支座水平間距L2=3000,L3=2000mm,風(fēng)管傾斜角a=55°，風(fēng)管兩端C，D各一個(gè)重1000kg的膨脹節(jié)，C點(diǎn)一個(gè)閥門重G3=2000kg。(1) 重量及長度計(jì)算單位長度風(fēng)管重：口=1.2nxDx7.85x8=1.2xnx2x7.85x6二355.13kg

29、/m單位長度保溫層重：q2=nxDx7.85x2=98.66kg/m單位長度總重（風(fēng)管加保溫層）:q=q+q=355.13+98.66=454kg/m風(fēng)管實(shí)長：12TL+L+LL=123cosa10000+3000+2000cos55。=26152mmAB段風(fēng)管實(shí)長：L=10000=17434mm5cosacos55。風(fēng)管兩端C、D點(diǎn)各承受半個(gè)膨脹節(jié)重量為：G=-x1000=500kg22CD管段加膨脹節(jié)重：G=qxL+2xG=454x26.152+2x500=12873kg風(fēng)管重心121L=(L+LL)42132至A支座投影距離：=2x(10000+20003000)=4500mm(2) 支

30、座受力計(jì)算對(duì)A點(diǎn)取力矩后求B支座反力PB1:GxLGxL12873x4.52000x3“17.434p=t432xg=x9.8=29.2kNB1L5B支座X、Z軸的支反力：P=sinaxp=sin55。x29.2=23.9kNBX1B1P=cosaxp=cos55。x29.2=16.7kNBz1B1B支座由于熱膨脹引起的摩擦力(摩擦系數(shù)按0.2考慮)：p=±0.2xP=±0.2x29.2=±5.84kNB2B1B支座熱膨脹的X、Z軸摩擦力分力：P=cosaxp=cos55。x(±5.84)=±3.35kNBX2B2P=sinaxp=sin55。

31、x(±5.84)=±4.78kNBz2B2考慮安全系數(shù)1.2后，B支座的X、Z軸受力為：p=1.2(P+P)=1.2x(16.7+4.78)=25.78kNBZBZ1BZ2p=1.2(P+P)=1.2x(23.9+3.35)=32.7kNBXBX1BX2考慮安全系數(shù)1.2后，A支座的X、Z軸受力：P=1.2(Gxg+GxgP+P)AZ13BZ1BZ2=1.2x(12873x9.8x10-3+2000x9.8x10-316.7+4.78)=133.8kNp=P=32.7kNAXBX(3) 計(jì)算結(jié)果為：A支座受力P=133.8kN,P=-32.7kNAZAXB支座受力P=25.

32、78kN,P=32.7kNBZBX3. 空間走向的分叉風(fēng)管支座受力計(jì)算設(shè)風(fēng)管直徑©2000mm,壁厚d=6mm,單個(gè)閥門重2000kg,膨脹節(jié)重1000kg。風(fēng)管如圖8-911所示解：(1)確定工藝參數(shù)。AB需在A點(diǎn)設(shè)置固定支座，B點(diǎn)為活動(dòng)支座。根據(jù)工藝布置需要：AI=12000mm,HI=5000mm圖8-9風(fēng)管平面圖圖8-10風(fēng)管立面圖根據(jù)管道不積灰的要求:a=ZBAH=35。1(3)計(jì)算：在AAHI中：tana=tanZHAI=里=-000=0.416,2AI12000a=22.62。2AH=、Al2+HI2=、：120002+50002=13000mmABH中：BH=tanZ

33、BAHxAH=tan35。x13000=9103mmA、B兩支座間風(fēng)管實(shí)長：agAH13000pc”AB=15870mmcos35°cos35°在AIJ中：IJBH9103tanZIAJ=0.7586AIAI12000由此可得：ZIAJ=37.18。AB兩支座間風(fēng)管實(shí)長與圖中(a)投影長度的比例系數(shù):AB15870匚=1.3225AI12000(3)長度及重量計(jì)算EF風(fēng)管實(shí)長：Ln=Z(4000+12000+200)=1.3225x18000=23805mmEF風(fēng)管總重：G'=gxLn=454x23.805=10807kgE及F兩端各加半個(gè)膨脹節(jié)的重量共1000kg

34、EF風(fēng)管加膨脹節(jié)重：G1=G1'+1000kg=11807kgEF風(fēng)管重心至支座A在立面b圖的距離為：L=1(L+L-L)=1(12000+2000-4000)=5000mm1 2465，2CD風(fēng)管近似實(shí)長：L10=Zx(5000-2000)=1.3225x3000=3968mmCD風(fēng)管重：G2=qxL10=454x3.968=1801kgCD風(fēng)管重心至支座A投影距離為：L=(L+L)=1x(5000+2000)=3500mm2 237，2D點(diǎn)閥門及膨脹節(jié)重量的一半G3=2500kg,閥門及膨脹節(jié)A支座的投影距離為L3=5000mm(4) 求支反力PB1L4xPB1+G2xL2+G3x

35、L3=G1xL1“GxL-GxL-GxLP=112233XgB1L411807x5000-1801x3500-2500x5000no=x9.812000=32.9kN垂直分力：PBZ1=cosaxPB1=cos35°x32.9=26.9kN水平分力：PBxY1=sina1xPB1=sin35°x32.9=18.9kNX軸向分力：PBX1=cosa2xPBXY1=cos22.62°x18.9=17.4kNY軸向分力：PBY1=sina2xPBXY1=sin22.62°x18.9=7.27kN(5) 求正壓力PB1在風(fēng)管脹、縮時(shí)引起的摩擦力PB2：PB2=0

36、.2PB1=0.2x32.9=0.69kN摩擦力的垂直分力：PBZ2=±sina1xPB2=±sin35°x0.69=±0.40kN摩擦力的水平分力：PBXY2=±cosa1xPB2=±cos35°x0.69=±0.57kN摩擦力的X軸向分力：PBX2=±COsa2XPBXY2=±cos22.62°x0.57=±0.53kN摩擦力的Y軸向分力：PBY2=±sina2XPBXY2=±sin22.62°x0.57=±0.22kN(6) 按B

37、點(diǎn)受力最不利情況，考慮安全系數(shù)為1.2，求B支座反力垂直載荷：Pbz=1.2(Pbz1+PBZ2)=1.2X(26.9+0.4)=32.76kNX軸載荷：Pbx=1.2(Pbx1+PBX2)=1.2X(17.4+0.53)=21.5kNY軸載荷：Pby=1.2(Pby1+PbY2)=1.2X(7.27+0.22)=8.9kN(7) 求A支座反力，考慮安全系數(shù)為1.2垂直載荷：P=1.2x(Gxgx10-3+Gxgx10-3+Gxgx10-3一P+P)AZ123BZ1BZ2=1.2x(11808x9.8x10-3+1801x9.8x10-3+2500x9.8x10-3-26.9+0.4)=131

38、.4kNX軸載荷PAX=PBX=215kNY軸載荷Pay=Pby=8.9kN(8) 求A支點(diǎn)承受的彎矩。由于G2和G3在風(fēng)管平面圖中偏離EF,風(fēng)管L8和l9產(chǎn)生彎矩。M=Gxgx10-3xL+Gxgx10-3xLAXY2839=1801x9.8x10-3x2.9+2500x9.8x10-3x4.1=151.6kN-m考慮安全系數(shù)1.2后轉(zhuǎn)矩分解到X、Y軸：MAX=1.2xcosa2xMAXY=1.2xcos22.62°x151.6=167.9kNmMAY=1.2xsina2xMAXY=1.2xsin22.62°x151.6=69.9kN(9) 計(jì)算結(jié)果A支座受力：PAZ=1

39、31.4kN；Pax=21.5kN；PAY=8.9kN分解到X、Y軸的力矩為：MAX=167.9kNm,MAY=69.9kNmB支座受力：PBZ=32.76kN,PBX=21.5kN,PBY=8.9kNBZBXBY4. 支座間允許最大跨度計(jì)算(1) 支座間允許最大跨度的計(jì)算圖8-12傾斜管道垂直于地面的橫在熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)中，根據(jù)工藝布置需要，有時(shí)支座間距較大，到底允許最大跨度是多少？這里介紹一種計(jì)算方法，可以用來驗(yàn)算，見圖8-12。在不考慮支座以外懸壁部分管道影響時(shí)，支座間允許最大跨度的計(jì)算公式如下：Lmax=2.24：'WWt8-16)式中：L管道最大允許跨度，m；maxq管道均布載荷

40、，N/m（管材重+保溫重+附加重）；W管道斷面抗彎模數(shù)，cm3；申一管道橫向焊縫系數(shù)，對(duì)于熱風(fēng)管道（手工無墊環(huán)焊縫），9=0-7；ot管道熱態(tài)許用應(yīng)力，N/mm2,對(duì)于一般風(fēng)管采用的熱軋Q235-A鋼板，不同溫度下的許用應(yīng)力見下表8-13。Q235-A鋼板許用應(yīng)力ot見表8-13。表8-13Q235-A鋼板許用應(yīng)力6t溫度（C）20100150200250300350許用應(yīng)力（Nmm-2）113113113105948677/JvvD7EXUI口J"曰丿、I少Q(mào)小丁a|J冃-,bI|±L|口Jzu<1|±L|7zjrrHD/cosa=2R/cosad/cos

41、a=2(R-6)/cosa形，見圖8-12。橢圓外表面，短軸長等于風(fēng)管外徑D,內(nèi)表面短軸要減去風(fēng)管壁厚8既d=2（R-6）。長軸外表面為：長軸內(nèi)表面為：由此推導(dǎo)出：W=Wy=4-(R-S)4兀R4Rcos2a(8-17)cos45°二16323N/m風(fēng)管斷面抗彎模數(shù)W計(jì)算舉例：已知一熱風(fēng)管道外徑D=2m，壁厚8=6mm，帶保溫層，風(fēng)管與地面傾斜角45°，最高工作溫度350°C，計(jì)算允許最大跨度。如圖8-13。風(fēng)管均布載荷(8-18)K-K-（q+q+q）-gq=12123cosa式中：q1一風(fēng)管單位長度自重，q=1.2nDx7.85x6=355kg/m；q2保溫層

42、重，q2=l-2nDx7.85x2=99kg/m；q3一風(fēng)載，按75kg/m2計(jì)，q3=75xD=150kg/m；K1地震載荷影響系數(shù)，取K1=1.3；K2管內(nèi)積灰影響系數(shù)，取K2=1.5；1.3x1.5x（355+99+150）x9.8q二W=jR仝=3®4x100xcos245° 350C時(shí)需用應(yīng)力，查表8-13得：6t=77N/mm2； 最大跨度：L=2.24,：W也maxq37360x0.7x77=2.24x16323=24.9m8.5管道及收塵設(shè)備保溫計(jì)算851熱風(fēng)管道保溫層厚度(8-19)九(tt)O=1b-a(t一t)ba式中：6管道保溫厚度，m；九一保溫材料

43、導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m°C)；q熱氣體溫度，C；要求保溫層的表面溫度，C；ta環(huán)境溫度，C；a保溫層向環(huán)境綜合散熱系數(shù)，w/(m2C)，見表8-14。表8-14綜合散熱系數(shù)a溫度差(C)4050100150200250備注環(huán)境狀況室內(nèi)室夕卜風(fēng)速V>5m/sts=0150C時(shí)°2近似值平壁圓壁aX4.1868(kJ/m2hC)8.4+0.06(tt)ba8.1+0.045(tt)ba10+6Va(W/m2C)9.8+0.07(tt)ba9.4+0.052(tt)baV<5m/s6.2+4.2V>5m/s7.8V0.78有保溫的設(shè)備及管道外壁散熱系數(shù)852收塵設(shè)備

44、保溫層厚度了t-t1)1aq么丿(8-20)式中：6收塵器保溫層厚度，m；九一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mC)；q收塵器內(nèi)壁溫度(煙氣溫度)，C；ta環(huán)境溫度，C,防結(jié)露時(shí)取當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁刂?；aa綜合散熱系數(shù)，W/(m2C),一般取21.5W/(m2.C)；q收塵器平壁單位熱損失，W/m2，其值見表8-15。表8-15收塵器平壁單位熱損失q值(W/m2)'、煙氣溫度(C)環(huán)境溫度ta、處理的煙氣溫度5075100125150160200225250300350400450558637988991041221311421631832042272558677685939711011912714

45、4160178195表8-16電收塵器保溫層厚度(mm)環(huán)境年均溫度煙氣溫度(51015202530<15055535749474520078767472706825010210098969492300129126124122120118350156154152149147145說明：保溫材料為超細(xì)玻璃棉保溫板8.5.3設(shè)備保溫經(jīng)濟(jì)厚度表8-17保溫材料參數(shù)、保溫材料內(nèi)表面溫度(C)、巖棉微孔硅酸鈣板防水泡沫石棉膨脹珍珠巖1008809080120q43.553.352.467.4ts15.717.117.019.01508100120100140q62.874.769.072.1ts1

46、7.418.418.021.02008120150120160q80.386.682.093.0ts18.919.419.022.02508160180130180q85.396.598.5104.9ts19.320.320.522.03008180200150200q101.2110.6107.2116.3ts20.721.521.222.03508200220160220q116.6123.7122.0133.7ts22.022.023.023.0說明：8一保溫層厚度，mm；q一單位熱損失，W/m2；t一外表面溫度，°C。8.5.4常用保溫材料性能表S表8-18常用保溫材料性能表

47、材料使用密度溫度(C)常溫導(dǎo)熱率使用溫度下規(guī)格(mm)耐壓溫名稱(kg/m3)最高使用九>0時(shí)(W/m°C)執(zhí)八、導(dǎo)率殲長寬厚度(MPa)厚棉150650600<0.044氈6080400400<0.0491000500208040600巖棉及100120600400<0.049九1=九0十0.00018x(t-70)1000礦渣棉80400350<0.04450070制品板100120600350<0.0465000礦渣棉90030750150160600350<0.048100050管<200600350<0.044泡沫304

48、0普通型5000.0460.053九1=九0十0.00010003050抗拉0.050.石棉5050050防水型0.05914x(tp-70)10硅酸鈣1706505500.055入斗+0.0006003070抗折2200.062制品2400.06411x(tp-70)>0.2膨脹701001501502002000.0470.0510.0520.0620.0640.0743005070抗壓珍珠巖50050050120>0.2棉404000.042玻璃棉毯>24350300<0.048九1=九0十0.000制品>40400<0.04317x(tp-70)氈&